[發(fā)明專利]電容式感濕元件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611038367.8
• 申請日: 2016-11-11
• 公開（公告）號: CN107807156B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賴朝松;楊家銘;彭馨潁;曾瑋尹;陳軍暉
• 申請（專利權(quán)）人: 長庚大學(xué)
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22
• 代理公司: 深圳市舜立知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44335
• 代理人: 李亞萍

本發(fā)明提供一種電容式感濕元件，包含一基板、一第一電極、一第二電極以及一感測層，其中該第一電極設(shè)置于該基板上，該感測層設(shè)置于該第一電極上，該第二電極設(shè)置于該感測層上。該第二電極為一多孔電極，該感測層為一多孔隙介電材料，且該感測層厚度介于50nm至5mm之間。當汗液由該第二電極擴散至該感測層，吸收汗液后該感測層其介電常數(shù)產(chǎn)生改變，致使該電容式感濕元件的電容量產(chǎn)生改變，因此可應(yīng)用于穿戴式裝置，并通過擴散面積與介電常數(shù)換算汗量，以了解人體排汗程度。另外，持續(xù)施加偏壓會產(chǎn)生熱能干燥該感測層，水份蒸散后即可重復(fù)使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于一種電容式感測元件，尤指一種使用多孔電極與多孔隙介電材料，并以持續(xù)施加偏壓產(chǎn)生熱能方式干燥感測層，即可重復(fù)使用的電容式感濕元件。

背景技術(shù)

臺灣處于濕熱的亞熱帶，濕度很重，因此濕度檢測廣泛用于工業(yè)、醫(yī)療、科技與生活等領(lǐng)域，漸漸成為生活品質(zhì)的重要指標。在早期用干濕球濕度計或毛發(fā)濕度計來測量濕度的方法，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)在的需求，所以依據(jù)現(xiàn)代科技發(fā)展的需要，使得測量濕度要比測量溫度復(fù)雜的多，溫度可以被獨立的測量，然而濕度卻會受其他因素如大氣、溫度，影響靈敏度及響應(yīng)速度。

習(xí)知濕敏元件主要分為電阻式、電容式兩大類，電阻式的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，即可測量濕度，雖然靈敏度高，但是線性度和產(chǎn)品的互換性差；而電容式一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酷酸醋酸纖維等，當環(huán)境濕度發(fā)生改變時，介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比，不僅靈敏度高、產(chǎn)品互換性好、響應(yīng)速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實現(xiàn)小型化和集成化。

但習(xí)知介電層材料如氧化鈣，吸水后會變成粉末狀的氫氧化鈣，具有毒性；氯化鈣不可碰水，吸濕后的溶液呈堿性則會造成輕微水質(zhì)污染；而水玻璃、二氧化硅，每隔一段時間需置入烤箱或微波爐加熱還原，否則無法重復(fù)使用等等缺點。除了以上所述，習(xí)知濕敏元件其靈敏度也容易受到環(huán)境因素影響，或者僅適用于感測受測液體中是否存有有機物。

發(fā)明內(nèi)容

為解決習(xí)知介電材料吸水后具有毒性或污染性，且容易受大氣濕度影響其敏感度，需額外處理才能重復(fù)使用，且介電材料為有機材料，僅適用于偵測是否含有機物的問題，故本發(fā)明提供一種電容式感濕元件，使用多孔隙的無機介電材料，此無機介電材料為二氧化硅相關(guān)多孔硅材料，其優(yōu)點為無毒、環(huán)保，熱穩(wěn)定高，調(diào)節(jié)濕氣的效果比備長碳好，且能分解甲醛、總揮發(fā)性有機物(TOVC)等有害物質(zhì)，吸水效能比上述習(xí)知介電材料都要好，因此提高了反應(yīng)速度及穩(wěn)定性，可應(yīng)用于穿戴式裝置，并借由吸收汗液后的擴散面積與介電常數(shù)來換算汗量，以了解人體排汗的程度。另外，還可以持續(xù)施加偏壓產(chǎn)生熱能的方式干燥感測層，所以水份蒸散后即可重復(fù)使用。

本發(fā)明的電容式感濕元件，結(jié)構(gòu)包括：一基板；一第一電極，設(shè)置于該基板上；一感測層，設(shè)置于該第一電極上，其中該感測層為一多孔隙介電材料，且該感測層厚度介于50nm至5mm之間；以及一第二電極，設(shè)置于該感測層上，其中該第二電極為一多孔電極。

該第一電極與該第二電極的材料是選自由金(Au)、銀(Ag)、氧化銦錫(ITO)及其組合所組成的群，其中該第一電極與該第二電極的材料為金。該多孔隙介電材料包含二氧化硅(SiO2)，可為硅藻土、旋涂式玻璃(SOG)或中孔洞二氧化硅，中孔洞二氧化硅如MCM-41、SBA-15等。該多孔電極為梳狀電極或網(wǎng)狀電極。該基板的材料是選自由硅晶圓、玻璃及塑膠所組成的群，或是該基板的材料為聚對苯二甲酸乙二酯(PET)。